Министерство образования и науки Российской Федерации
Кафедра "ХМ и ЭП"
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине: Основы электрохимических технологий
на тему: "Технология электроосаждения цинкового покрытия"
Выполнил: студент группы 04МЭ1
Кондратьева Е.Ф.
Проверил: Виноградов С.Н.
Пенза 2008
Реферат
Пояснительная записка содержит 75 страниц, 6 таблиц, 5 литературных источника.
Ключевые слова: ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ, АММИНОХЛОРИДНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ЦИНКОВАНИЯ, АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.
Объектом разработки является технологический процесс цинкования.
Цель работы: Выбрать технологический процесс цинкования стальной детали, разработать карту технологического процесса цинкования, выбрать методики приготовления, анализа, корректировки и регенерации растворов и электролитов, применяемых в технологическом процессе, определить потребность в материалах и химикатах для выполнения годовой программы.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные характеристики:
годовая программа: 13500
толщина покрытия: 9мкм
тип электролита: амминохлоридный.
Содержание
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Общие сведения
1.2 Методы цинкования
1.3 Сравнительная характеристика цинковых электролитов
1.4 Кислые электролиты
1.5 Щелочные цианистые электролиты
1.6 Щелочные нецианистые (цинкатные) электролиты
1.7 Пирофосфатные электролиты
1.8 Аммиакатные электролиты
1.9 Электролиты на основе аминокомплексных соединений цинка
2. Технологическая часть
2.1 Назначение и выбор гальванических покрытий
2.1.1 Эскизы и ведомость деталей
2.1.2 Выбор типа покрытия и толщины покрытия исходя из условий эксплуатации
2.1.3 Обозначение и шифр покрытия
2.1.4 Требования, предъявляемые к поверхности детали, предназначенной под покрытие, и методы
2.1.5 Требования к гальваническим покрытиям
2.2 Технологический процесс
2.2.1 Выбор технологической схемы нанесения покрытий
2.2.2 Определение времени обработки детали
2.2.3 Контроль качества покрытия
2.2.4 Карты технологических процессов
2.3 Приготовление и корректировка электролита. Химический анализ электролита и покрытия. Удаление недоброкачественных покрытий
3. Материальный баланс
3.1 Расчет потребности химикатов и электродов
3.2 Расчет расхода воды
3.3 Расчет расхода сжатого воздуха
4. Экология и очистные сооружения гальванического цеха
4.1 Требования к организации производства очистки сточных вод
5. Экономическая часть
6. Техника безопасности и производственная санитария в цехе металлопокрытий
Заключение
Библиографический список
Гальванические покрытия играют важную роль в промышленности. В данном проекте необходимо будет рассмотреть процесс получения цинкового покрытия, рассчитать число одновременно обрабатываемых деталей на подвеске, определить тип подвески, ее размеры и материал. Следует правильно разместить детали на подвеске. Далее необходимо выбрать ванны гальванической линии, количество автооператоров, посчитать размеры линии, силу тока и баланс напряжения.
Цинковое покрытие принято считать защитным. В основном оно применяется для повышения коррозионной стойкости деталей.
По защитной способности покрытия делятся на анодные и катодные. У анодных покрытия собственный электродный потенциал более отрицательный, чем электродный потенциал металла детали. Такие покрытия защищают металл детали как механически, так и электрохимически. При возникновении дефектов в покрытии во влажной среде возникает коррозионный гальванический элемент.
Цинковое покрытие по отношению к стали является анодным покрытием до температуры +70 0С. При более высокой температуре электродный потенциал цинка сдвигается в положительную сторону и цинковое покрытие по отношению к стали становится уже катодным покрытием.
Качество гальванических покрытий во многом определяется типом электролита и режимом осаждения. Электролитическое осаждение цинка осуществляют в двух типах электролитов - в простых и комплексных. К простым электролитам относятся сульфатные, хлоридные, к комплексным - цианистые, цинкатные, аммиакатные и пирофосфатные.
Из простых кислых электролитов цинк выделяется на катоде в результате в результате простых гидротированных ионов. В отсутствие специальных добавок процесс протекает при очень малой катодной поляризации. Вследствие этого цинковые покрытия из таких электролитов имеют крупнозернистую структуру. Для получения мелкокристаллических покрытий к электролиту добавляют поверхностно-активные вещества, в присутствии которых катодная поляризация повышается.
Важную роль играет кислотность электролита; в сульфатном электролите она поддерживается обычно в пределах рН = 4…4,5. При уменьшении рН раствора катодный выход по току уменьшается вследствие выделения водорода, при увеличении рН электролита из-за подщелачивания прикатодного пространства возможно образование у катода гидроксида цинка, который, включаясь в катодный осадок, ухудшает качество покрытия.
Кислые электролиты устойчивы по составу, нетоксичны, допускают применение высоких плотностей тока. Недостатки этих электролитов является низкая рассеивающая способность, из-за чего осадки на катоде получаются неравномерными по толщине слоя, особенно при покрытии рельефных деталей. Поэтому кислые электролиты применяют только для покрытия изделий простой конфигурации.
К недостаткам цианидных электролитов относятся их токсичность и неустойчивость состава вследствие окисления и образования циановодорода.
Щелочные электролиты нетоксичны, просты по составу и стабильны в работе, поэтому они нашли широкое применение в промышленности.
Аммиакатные электролиты имеют простой состав, устойчивы в работе, не требуют частой корректировки. По рассеивающей способности они несколько хуже цианидных электролитов,
но при наличии в электролите ПАВ с успехом заменяют цианидные электролиты. Выход металла по току высокий, что благоприятно сказывается на производстве.
Для повышения коррозионной устойчивости цинковые покрытия подвергают хроматированию в растворах бихромата калия. После промывки в холодной воде и сушки поверхность приобретает золотистую окраску.
Для покрытия мелких деталей в гальванотехнике широко применяют электролизеры с вращающимся колоколом или барабаном. Это позволяет загружать большое количество деталей "насыпью", не монтирую их на подвески. Плотность тока при этом составляет 40-50% от истинной поверхности и требует более длительного времени покрытия. Тем не менее производительность значительно выше, чем при покрытии на подвесках.
Цинковые покрытия широко применяются для защиты от коррозии деталей машин, крепежных деталей, стальных листов, проволоки, деталей ширпотреба и других, работающих в наружной атмосфере различных климатических районов в атмосфере, загрязненной SO2, а также в закрытых помещениях с умеренной влажностью и в помещениях, загрязненных газами и продуктами сгорания. Кроме того, цинковые покрытия применяются для защиты от коррозии водопроводных труб, питательных резервуаров, предметов домашнего обихода (из черного металла), соприкасающихся с пресной водой при температуре не выше 60-70 °С, а также для защиты изделий из черного металла от бензина и масла (бензобки, бензино- и маслопроводы) и др.
Блеск цинковых покрытий в условиях эксплуатации изделий (особенно в наружной атмосфере) сохраняется недолго; поверхность их быстро тускнеет и покрывается пятнами грязно-серого цвета. Поэтому блестящие цинковые покрытия без дополнительной обработки их поверхности для декоративных целей непригодны и с точки зрения надежности защиты от коррозии не отличаются от матовых. С целью сохранения декоративного вида и повышения коррозионной стойкости покрытия блестящим цинком обрабатывают специальными пассивирующими растворами, содержащими в основном хромовые соединения.
Для покрытия цинком применяют способы погружения изделий в расплавленный цинк (горячий способ цинкования), цементации (диффузионный метод), металлизации распылением расплавленного металла из пульверизатора, контактный и электролитический. Наиболее распространены в промышленности горячий и электролитический способы цинкования.
Горячий способ заключается в погружении предварительно очищенных от жировых и окисных загрязнений изделий из черных металлов в ванну из малоуглеродистой стали с расплавленным металлом (450°С) на время от нескольких секунд до 1 мин. Перед погружением в расплав цинка изделия проходят сначала через слой расплавленного флюса, который находится на поверхности зеркала ванны и состоит из смеси хлористого цинка и хлористого аммония. Флюсование можно осуществлять и в отдельной ванне, содержащей концентрированный 40-50% -ный раствор хлористого цинка, которым смачивают (погружением в ванну) поверхность изделий с последующей просушкой в печи при 150-200 °С в течение 1-1,5 мин.
Флюсование в обоих случаях способствует удалению с поверхности влаги остатков травильного шлама и предупреждает окисление поверхности в момент погружения изделий в расплавленный цинк.
При непрерывном горячем цинковании стальной полосы в автомате после обезжиривания, травления и промывки вместо флюсования производится отжиг в восстановительной атмосфере, со-
стоящей из смеси водорода (~75%) и азота (~25%). Отожженная полоса охлаждается до 520-500 °С и поступает по выпускному желобу без соприкосновения с воздухом в ванну цинкования [13, с.60].
Сцепление покрытия при горячем способе основано на смачивании расплавленным цинком, образующим с поверхностью железа хрупкое интерметаллическое соединение железо - цинк (FeZn7 и FeZn3). Относительная толщина этого слоя и толщина всего покрытия (верхний слой состоит - преимущественно из чистого цинка) колеблются в очень больших пределах, что зависит от продолжительности пребывания изделий в ванне, температуры, формы и характера обработки изделий. Точное регулирование толщины покрытия при горячем способе невозможно. Это, а также большой неполезный расход цинка на угар, образование в ванне так называемого гартцинка и потери при очистке изделия от излишков цинка после их выгрузки из ванны являются недостатками горячего способа цинкования.